[发明专利]宽带电压转换器

说明书

相关申请

本申请要求按照35U.S.C.§119于2009年5月1日提交的申请序列号为61/174,689的美国临时专利申请的优先权，其全部内容在此引入作为参考。

技术领域

本发明通常涉及用在集成电路(IC)中的电压转换器，更具体地，涉及在高速IC中使用的宽带电压转换器。

背景技术

在高速IC中，通常需要将信号从一个电压域驱动到另一个(更高或更低的)电压域，即转换信号电压。例如，在高速IC中，需要在“I/O”电压域和“核心”电压域之间转换电压信号，或者在“干净(clean)”的模拟电压域和“脏(dirty)”的数字电压域之间转换。这些要被转换的信号可以是单端信号或差分信号。在单端信号的情况下，电压转换有效地改变了所关心的信号的参考电压，在差分信号中，电压转换改变了信号的共模电压。

现有技术中存在电压转换电路的各种实现方式；下面讨论三种传统的实现方式。第一种实现方式通过使用与大电阻相连的大串联交流耦合电容器将信号电压从输入电压域转换到输出电压域。实际上，这些电容器阻断直流(DC)分量并使信号的交流(AC)分量通过，并且产生在输出电压域内的输出信号。这种实现方式需要很大的电阻和电容以使低频分量通过，在频率响应中没有不希望的“减弱”。然而，大电阻或大电容的使用会导致大的电路面积和高的成本，这些都是不希望的。另外，交流耦合电容的寄生电容将会对电路的高频性能产生负面的影响。

第二种实现方式使用射极跟随器或者源极跟随器以在输入和输出区间之间转变电压，因此不需要像在第一种实现方式中那样使用大的无源元件，具有对速度的最小折衷。然而，这种实现方式不容易允许信号电压电平的任意转变，尤其是对于差分信号来说，这种实现方式会产生不希望的特性，即输出共模电压正比于输入共模电压。

第三种实现方式使用跨导放大器以将输入电压信号转换成电流信号，该电流信号跨越电压域边界传递。在这种实现方式的输出侧，可以使用阻性负载或其它跨导级来将该电流信号转换回电压信号。这种方法也不需要大的无源元件，但是通常比上述讨论的两种方法的速度更慢，因为这种方法通常在信号通路中需要较低速的高压设备或者p型设备。

发明内容

在本发明的实施例中，通过在两个并行级中分别处理输入信号的高频和低频分量，而不使用大的无源元件或者低速设备，解决了电压转换器中差的低频响应、低速、高成本以及高功率消耗的问题。在输出端，被处理过的高频和低频分量在一个组合级被无缝地合并，该组合级在整个转换器带宽上保持频率响应的完整性。在各种实施例中，与本发明有关的电压转换器和方法可用于在宽频率范围内工作的RF通信系统中的可编程增益放大器(PGA)中。

因此，一方面，本发明涉及用于将在输入电压域内的输入信号转换成在输出电压域内的输出信号的电压电平转换器。该转换器包括低频级，高频级，以及组合级。该低频级接收并处理该输入信号以产生低频范围中的第一经处理的信号，其中该第一经处理的信号位于输出电压域内。该高频级接收并处理该输入信号以产生在高频范围内的第二经处理的信号，其中该第二经处理的信号确定该转换器的带宽。该组合级组合第一和第二经处理的信号以产生在输出电压域内的输出信号。

在各种实施例中，输入和输出信号中的至少一个是单端信号或差分信号。

在各种实施例中，转换器使用CMOS或者BiCMOS技术来实现。

在各种实施例中，低频级包括DC耦合放大器。在一个实施例中，DC耦合放大器包括跨导放大器，用于将输入电压信号转换成电流信号。DC耦合放大器还进一步包括转换级，用于接收和将电流信号转换为第一经处理的信号。在一个实施例中，该DC耦合放大器进一步包括共源共栅极，其可操作地连接在跨导放大器和转换级之间，用于在它们之间传输电流信号。

在各种实施例中，高频级包括AC耦合放大器。在一个实施例中，该AC耦合放大器包括用于放大输入信号的源极跟随器或射极跟随放大器，以产生第二经处理的信号。在另一实施例中，该AC耦合放大器进一步包括增益增强模块。

在一个实施例中，组合级包括RC、LC或RLC滤波器。

在一个实施例中，低频和高频级使用相同的晶体管来实现。